KAJIAN PERILAKU DEBIT ALAT UKUR AMBANG LEBAR TERHADAP PROFIL ALIRAN

(1)

Bangun Rekaprima Vol.03/2/Oktober/2017 15

KAJIAN PERILAKU DEBIT ALAT UKUR AMBANG LEBAR

TERHADAP PROFIL ALIRAN

Risman ¹), Warsiti ¹), Mawardi ¹), Martono ¹), Liliek Satriyadi ¹)

¹)

Staf Pengajar Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri Semarang Jl. Prof. Soedarto, SH. Tembalang, Semarang, Jawa Tengah 50275

Email : rismansipil@yahoo.com , martonoton17@gmail.com

ABSTRAK

Kajian ini dilakukan di laboratorium hidrolika dengan menggunakan skala model alat ukur debit ambang lebar yaitu dengan mengasumsikan bahwa bilangan Froude yang terjadi pada model sama dengan bilangan Froude yang terjadi pada kondisi di lapangan. Sehingga dengan demikian skala debit, waktu, kecepatan dan volume akan dapat mewakili kondisi sesungguhnya di lapangan. Metodologi yang digunakan adalah melakukan pengujian di laboratorium hidrolika dengan memvariasikan debit mulai dari Q1, Q2, Q3, Q4, …. Qn, untuk mendapatkan variasi tinggi muka air di atas mercu, di hulu dan di hilir mercu pelimpah ambang lebar, sehingga akan didapatkan hubungan antara debit aliran dengan tinggi muka air di atas mercu, di hulu dan di hilir mercu pelimpah ambang lebar. Dari hasil penelitian ini didapatkan hubungan debit dengan tinggi muka air di hulu dengan persamaan Y=0,88X 0,359, hubungan debit dengan tinggi muka air di hilir dengan persamaan Y=0,266X 0,236, hubungan debit dengan muka air di atas ambang lebar dengan persamaan Y=3,863X 0,666, dengan Y adalah debit aliran pelimpah ambang lebar dalam m3/detik dan X adalah tinggi muka air dalam m.

Kata Kunci: Pelimpah Ambang Lebar, Debit PENDAHULUAN

Dalam jaringan irigasi teknis, banyaknya debit air yang mengalir kedalam saluran harus dapat diukur dengan seksama agar pembagian air dapat dilaksanakan sebaik baiknya sesuai dengan kebutuhan air tanaman

selama pengolahan tanah,

pembibitan, pertumbuhan, dan saat pemasakan buah. (Endang Pipin Tachyan, 1992 : 67).

Bangunan ukur debit yang biasa digunakan pada umumnya adalah berupa bangunan pelimpah

dengan ambang lebar ataupun

ambang tajam. (Sudjarwadi, 1987 : 56).

Bangunan ukur biasanya

difungsikan pula sebagai bangunan pengontrol. Hal ini dimaksudkan untuk mendapatkan taraf muka air

yang direncanakan dan untuk

mengalirkan air dengan debit tertentu sesuai kebutuhan. (K.G Ranga Raju, 1986 : 46).

Pengaliran pada bangunan

pengontrol dilakukan dengan cara melalui atas bangunan (melimpah / overflow) atau melalui bawah pintu /

celah. Kondisi hidrolik ini

dimanfaatkan dalam desain dan perancangan pintu pintu air, yang semuanya didasarkan pada sifat aliran sempurna. Jika ternyata aliran yang terjadi bukan aliran sempurna, maka dalam aplikasinya dalam menentukan besaran debit aliran pintu pintu tersebut harus diberi tabel tabel koreksinya. (Gandakoesoema, R, 1986 : 102).

Dalam pelaksanaan pembuatan bangunan ukur pada jaringan irigasi disarankan menggunakan dua jenis

(2)

bangunan ukur saja untuk

mempermudah dalam eksploitasi dan pemeliharaannya.

Khusus pada bangunan bagi

disarankan untuk menggunakan

kombinasi dua bangunan ukur yaitu bangunan pintu sorong dan ambang

lebar yang dimaksudkan untuk

mendapatkan taraf muka air tertentu

yang direncanakan dan untuk

mengalirkan debit aliran dengan besaran tertentu. (Ven Te Chow, 1986 : 102).

Bangunan ukur ambang lebar

disamping mudah dalam

pelaksanaannya bangunan ini juga

sangat kokoh. Hubungan debit

dengan tinggi muka air di hulu dan di atas ambang, akan mempermudah pembacaan debit secara langsung dari papan duga (peil scale) tanpa menggunakan tabel-tabel debit.

Kajian ini dilakukan untuk mendapatkan hubungan debit aliran melalui ambang lebar terhadap profil aliran yang berupa tinggi muka air di hulu, di atas ambang dan di hilir pelimpah ambang lebar.

TINJAUAN PUSTAKA Alat Ukur Ambang Lebar

Bangunan ukur debit ambang lebar dianjurkan karena bangunan ini kokoh dan mudah dibuat. Karena bisa mempunyai berbagai bentuk

mercu, bangunan ini mudah

disesuaikan dengan tipe saluran apa saja. Hubungan antara tinggi muka air di hulu dan debit mempermudah pembacaan debit secara langsung dari papan duga, tanpa memerlukan tabel debit.

Tipe

Alat ukur debit ambang lehar

adalah bangunan aliran atas

(overflow), untuk ini tinggi energi hulu lebih kecil dari panjang mercu. Karena pola aliran di atas alat ukur ambang lebar dapat ditangani dengan teori hidrolika yang sudah ada sekarang, maka bangunan ini bisa mempunyai bentuk yang berbeda-beda, sernentara debitnya tetap.

Gambar 1 dan Gambar 2

memberikan contoh alat ukur

ambang lebar.

Mulut pemasukan yang

dibulatkan pada alat ukur gambar 1,

dipakai apabila konstruksi

permukaan melengkung ini tidak

menimbulkan masalah-masalah

pelaksanaan, atau jika berakibat diperpendeknya panjang bangunan. Hal ini sering terjadi bila bangunan dibuat dari pasangan batu.

Tata letak pada Garnbar 2

hanya menggunakan permukaan

datar saja. ini merupakan tata letak paling ekonomis jika bangunan dibuat dari beton.

Gambar 1. memperlihatkan muka hilir vertikal bendung gambar 2 menunjukkan peralihan pelebaran miring 1:6. Yang pertama dipakai jika tersedia kehilangan tinggi energi yang cukup di atas alat ukur. Peralihan pelebaran hanya digunakan jika energi kinetik di atas mercu dialihkan ke dalarn energi potensial di sebelah hilir saluran. Oleh karena itu, kehilangan tinggi energi harus dibuat sekecil rnungkin. Kalibrasi tinggi debit pada alat ukur ambang lebar tidak dipengaruhi oleh bentuk peralihan pelebaran hilir. (Pedoman dan Kriteria Perencanaan Irigasi, 1980 : 64).

(3)

Gambar 1. Alat ukur ambang lebar dengan mulut pemasukan yang

dibulatkan

Juga, penggunaan peralihan masuk bermuka bulat atau datar dan

peralihan penyempitan tidak

mempunyai pengaruh apa-apa

terhadap kalibrasi.

Permukaan-permukaan ini harus mengarahkan aliran ke atas mercu alat ukur tanpa kontraksi dan pemisahan aliran. Aliran diukur di atas mercu datar alat ukur horisontal. (Pedoman dan Kriteria Perencanaan Irigasi, 1980 : 68)

Gambar 2. Alat ukur ambang lebar dengan pemasukan bermuka datar,

dan peralihan penyempitan Perencanaan Hidrolis

Persamaan debit untuk alat ukur ambaug lebar dengan bagian pengontrol segi empat adalah:

dimana :

Q = debit m3/dt Cd = koefisien debit Cd = 0,93 + 0,10 H1/L,

untuk 0,1 < H1/L < 1.0 H1 = adalah tinggi energi hulu, m L = adalah panjang mercu, m Cv. = koefisien kecepatan datang g = percepatan gravitasi, m/dt2

(= 9,81) bc = lebar mercu, m

h1 = kedalaman air hulu terhadap ambang bangunan ukur, m.

Harga koefisien kecepatan

datang dapat dicari dari Gambar 3, yang memberikan harga-harga Cv

untuk berbagai bentuk bagian

pengontrol. (Pedoman dan Kriteria Perencanaan Irigasi, 1980 : 74).

Gambar 3 . Cv sebagai fungsi perbandingan Cd.A*/A1 TUJUAN PENELITIAN

Tujuan dari penelitian ini

adalah sebagai berikut: a)

Mendapatkan kurva lengkung debit yang merupakan hubungan antara tinggi muka air di hulu dengan besarnya debit dari model alat ukur debit ambang lebar. b) Mendapatkan kurva hubungan antara Debit dengan tinggi muka air di atas ambang. c) Membuktikan ketelitian pengukuran dari alat ukur debit ambang lebar dengan menggunakan pemodelan. d) Membuktikan kepekaan pengukuran debit dari alat ukur debit ambang

lebar dengan menggunakan

(4)

hubungan debit terhadap profil muka air aliran alat ukur debit pelimpah ambang lebar.

METODE PENELITIAN

Untuk menyelesaikan

penelitian ini diperlukan beberapa

tahapan yaitu: a) Tahapan

pendahuluan, dalam hal ini meliputi

mempersiapkan bahan (material)

yang akan dipergunakan seperti pembuatan model alat ukur debit ambang lebar . b) Dilanjutkan studi

literatur seperti mempelajari

penelitian sejenis yang pernah

dilakukan, teori-teori yang

menunjang tentang bangunan

pengukur debit, khususnya bangunan pengukur debit ambang lebar. c) Pembuatan model alat ukur debit ambang lebar ini adalah dengan melakukan analisis skala model

dengan mengasumsikan bahwa

bilangan Froude yang terjadi pada model sama dengan bilangan Froude

yang terjadi pada prototype.

Sehingga dengan demikian skala debit, waktu, kecepatan dan volume

akan dapat mewakili kondisi

sesungguhnya di lapangan dengan skala panjang lebar dan tinggi 1 : 100. d) Pengujian laboratorium dimulai dari menempatkan model uji alat ukur debit ambang lebar pada model saluran terbuka. e) Melakukan pengujian dengan memvariasikan debit mulai dari Q1, Q2, Q3, Q4, …. Qn, untuk mendapatkan variasi tinggi muka air di hulu, sehingga bisa didapatkan hubungan antara debit dengan tinggi muka air di hulu dari alat ukur debit ambang lebar. f) Mendapatkan hubungan dari variasi debit yang dialirkan melalui alat ukur

debit ambang lebar terhadap

kehilangan tinggi energi yang terjadi.

Tabel 1. Matrik Data Ambang Lebar

Hulu Di atas

ambang Hilir Hulu Hilir Hulu Hilir

1 hu1 H1 hi1 Vu1 Vi1 Eu1 Ei1 ∆E1 Q1 2 hu2 H2 hi2 Vu2 Vi2 Eu2 Ei2 ∆E2 Q2 3 hu3 H3 hi3 Vu3 Vi3 Eu3 Ei3 ∆E3 Q3 4 hu4 H4 hi4 Vu4 Vi4 Eu4 Ei4 ∆E4 Q4 5 hu5 H5 hi5 Vu5 Vi5 Eu5 Ei5 ∆E5 Q5 6 hu6 H6 hi6 Vu6 Vi6 Eu6 Ei6 ∆E6 Q6 7 hu7 H7 hi7 Vu7 Vi7 Eu7 Ei7 ∆E7 Q7 8 hu8 H8 hi8 Vu8 Vi8 Eu8 Ei8 ∆E8 Q8 9 hu9 H9 hi9 Vu9 Vi9 Eu9 Ei9 ∆E9 Q9 10 hu10 H10 hi10 Vu10 Vi10 Eu10 Ei10 ∆E10 Q10

Debit Aliran No

Tinggi muka air Kecepatan Tinggi Energi

Kehilangan Energi

g) Analisis Data, meliputi kompilasi data, membuat regresi hubungan antara debit dengan tinggi muka air hulu, hubungan debit dengan

kehilangan tinggi energi. h)

Kesimpulan. Untuk lebih jelas

metode penelitian dapat dilihat dalam Gambar 4. Diagram alur penelitian.

Gambar 4. Diagram Alur Penelitian Analisis Hasil

Dalam menganalisis data

dilakukan tahapan-tahapan sebagai berikut : a) Mengelompokan data hasil pengukuran di laboratorium sesuai dengan parameter ukur seperti tinggi muka air di hulu, tinggi muka air di atas mercu, tinggi muka air di

(5)

hilir, kecepatan aliran, tinggi energi di hulu dan dihilir serta debit aliran ke dalam suatu bentuk tabel. b) Bentuk tabel seperti pada point 1 dibuat untuk beberapa macam variasi debit (Q1, Q2, Q3, ..., Qn). c) Menentukan hubungan regresi yang paling tepat untuk grafik hubungan debit dengan tinggi muka air di hulu ambang lebar. d) Menentukan regresi hubungan antara tinggi muka air di hilir dengan debit untuk aliran melalui alat ukur debit ambang lebar.

HASIL DAN PEMBAHASAN Data Hasil Uji Laboratorium

Data hasil pengujian

laboratorium berisikan tentang data pengukuran mengenai tinggi muka air di hulu dan hilir, tinggi muka air di atas ambang, tinggi energi di hulu dan hilir, dan debit untuk alat ukur debit ambang lebar. Untuk lebih jelasnya data hasil uji laboratorium disajikan dalam Tabel 2.

Tabel 2. Data hasil uji laboratorium pelimpah ambang lebar

Hulu diatas

ambang hilir hulu hilir hulu hilir

(m) (m) (m) (m/det) (m/det) (m) (m) (m) (m) (m3/det)

1 0.14 0.11 0.08 0.1 0.2 0.140509684 0.082038736 0.058470948 0.075 0.004805149 2 0.13 0.1 0.075 0.15 0.25 0.131146789 0.078185525 0.052961264 0.075 0.004165027 3 0.12 0.09 0.07 0.2 0.3 0.122038736 0.074587156 0.04745158 0.075 0.003556162 4 0.1 0.07 0.065 0.25 0.35 0.103185525 0.071243629 0.031941896 0.075 0.002439298 5 0.09 0.06 0.06 0.3 0.4 0.094587156 0.068154944 0.026432212 0.075 0.00193573 6 0.08 0.05 0.055 0.35 0.45 0.086243629 0.065321101 0.020922528 0.075 0.001472559 7 0.07 0.04 0.05 0.4 0.5 0.078154944 0.0627421 0.015412844 0.075 0.001053678 8 0.06 0.03 0.045 0.45 0.55 0.070321101 0.060417941 0.00990316 0.075 0.000684384 9 0.05 0.02 0.04 0.5 0.6 0.0627421 0.058348624 0.004393476 0.075 0.000372531 10 0.04 0.01 0.035 0.55 0.63 0.055417941 0.055229358 0.000188583 0.075 0.00013171 AMBANG LEBAR

No Hilang Energi lebar Debit

Tinggi muka air Kecepatan Tinggi Energi

Hubungan Tinggi Muka Air di Hulu dengan Debit Pelimpah Ambang Lebar

Dari hasil penelitian ini dapat dikatakan secara umum hubungan muka air di hulu dengan debit pelimpah ambang lebar mempunyai

kecenderungan bahwa dengan

meningkatnya tinggi muka air di

hulu akan diikuti dengan

meningkatnya debit aliran melalui pelimpah ambang lebar. Dengan kata lain bahwa peubahan debit aliran pelimpah ambang lebar juga diikuti dengan perubahan tinggi muka air di hulu. Grafik hubungan muka air di hulu dengan debit aliran lebih

dikenal dengan sebutan Kurva

Lengkung Debit. Besarnya

peningkatan tinggi muka air di hulu tidak begitu signifikan terhadap perubahan debit aliran. Untuk lebih jelasnya ditunjukkan pada Gambar 5.

Gambar 5. Grafik Hubungan Muka Air Hulu Dengan Debit Pelimpah

Ambang Lebar y = 0.880x0.359 R² = 0.974 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 T N G G I M U K A A IR D I H U LU ( M ) DEBIT (M3/DET)

GRAFIK HUBUNGAN MUKA AIR HULU DENGAN DEBIT PELIMPAH AMBANG LEBAR

(6)

Hubungan Tinggi Muka Air di

Hilir dengan Debit Pelimpah

Ambang Lebar

Dari hasil penelitian ini dapat dikatakan secara umum hubungan muka air di hilir dengan debit pelimpah ambang lebar mempunyai

meningkatnya tinggi muka air di hilir akan diikuti dengan meningkatnya

debit aliran melalui pelimpah

ambang lebar. Dengan kata lain

bahwa peubahan debit aliran

pelimpah ambang lebar juga diikuti dengan perubahan tinggi muka air di hilir. Grafik hubungan muka air di hilir dengan debit aliran lebih dikenal dengan sebutan Kurva Lengkung Debit. Besarnya peningkatan tinggi muka air di hilir tidak begitu signifikan terhadap perubahan debit

aliran. Untuk lebih jelasnya

ditunjukkan pada Gambar 6.

Gambar 6. Grafik Hubungan Muka Air Hilir dengan Debit Pelimpah

Ambang Lebar

Hubungan Tinggi Muka di atas Ambang dengan Debit Pelimpah Ambang Lebar

Dari hasil penelitian ini dapat dikatakan secara umum hubungan muka air di atas ambang dengan

debit pelimpah ambang lebar

mempunyai kecenderungan bahwa dengan meningkatnya tinggi muka air di atas ambang akan diikuti

dengan meningkatnya debit aliran melalui pelimpah ambang lebar. Dengan kata lain bahwa peubahan debit aliran pelimpah ambang lebar sangat dipengaruhi oleh tinggi muka air di atas ambang. Grafik hubungan muka air di atas ambang dengan debit aliran lebih dikenal dengan sebutan Kurva Lengkung Debit. Besarnya peningkatan tinggi muka air di atas ambang begitu signifikan terhadap perubahan debit aliran. Untuk lebih jelasnya ditunjukkan pada Gambar 7.

Gambar 7. Grafik Hubungan Muka Air di atas Ambang dengan Debit

Pelimpah Ambang Lebar

Hubungan Kehilangan Energi

dengan Debit Pelimpah Ambang Lebar

Dari hasil penelitian ini dapat dikatakan secara umum hubungan kehilangan energi dengan debit pelimpah ambang lebar mempunyai

meningkatnya debit aliran akan

diikuti dengan meningkatnya

kehilangan energi pada pelimpah ambang lebar. Dengan kata lain

bahwa peubahan debit aliran

pelimpah ambang lebar

mempengaruhi besarnya kehilangan energi. Besarnya kehilangan energi begitu signifikan dipengaruhi oleh perubahan debit aliran. Untuk lebih jelasnya ditunjukkan pada Gambar 8.

y = 0.266x0.236 R² = 0.971 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 0.060 0.070 0.080 0.090 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 TI N G G I M U K A A IR H IL IR ( M ) DEBIT ( M3_{/DET )}

GRAFIK HUBUNGAN MUKA AIR HILIR DENGAN DEBIT PELIMPAH AMBANG LEBAR y = 3.863x0.666 R² = 1 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 TI N G G I M U K A A IR D I A TA S A M B A N G ( M ) DEBIT ( M3/DET )

GRAFIK HUBUNGAN TINGGI MUKA AIR DI ATAS AMBANG DENGAN DEBIT PELIMPAH AMBANG LEBAR

(7)

Gambar 8. Grafik Hubungan Kehilangan Energi dengan Debit

Pelimpah Ambang Lebar KESIMPULAN

Dari hasil Penelitian ini dapat disimpulkan bahwa :

1. Hubungan tinggi muka air di

hulu dengan debit untuk

mempunyai

kecenderungan/trendline Y = 0,88 X 0,359 dengan Y adalah debit dan X adalah tinggi muka air di hulu.

hilir dengan debit untuk

mempunyai

kecenderungan/trendline Y = 0,266 X 0,236 dengan Y adalah debit dan X adalah tinggi muka air di hilir.

atas ambang dengan debit untuk pelimpah ambang lebar mempunyai

kecenderungan/trendline Y = 3,863 X 0,666 dengan Y adalah debit dan X adalah tinggi muka air di atas ambang.

4. Hubungan kehilangan energi

dengan debit untuk pelimpah

ambang lebar mempunyai

kecenderungan/trendline Y = -721 X 2 + 15,99 X – 0,001 dengan Y adalah debit dan X adalah kehilangan tinggi energi

SARAN

Dari hasil penelitian ini dapat disarankan hal-hal sebagai berikut :

1. Dalam menentukan tipe alat

ukur debit pelimpah ambang lebar harus disesuaikan dengan tingkat kepekaan alat ukur debit.

2. Pemilihan tipe alat ukur debit

pelimpah ambang lebar harus

memperhatikan kondisi

topografi permukaan tanah. UCAPAN TERIMA KASIH

Pada kesempatan ini tak lupa peneliti mengucapkan banyak terima kasih kepada Direktur, Ketua Unit Penelitian dan Pengabdian pada masyarakat, Kepala Laboratorium

Hidrolika Politeknik Negeri

Semarang.

DAFTAR PUSTAKA

Chow, Ven Te. 1986. Hidrolika

Saluran Terbuka. Jakarta:

Erlangga.

Departeman Pekerjaan Umum Dirjen Pengairan. 1980. Pedoman dan Kriteria Perencanaan Teknis Irigasi. Jogyakarta. Gandakoesoema, R. 1986. Irigasi.

Bandung: CV.Galang Persada. Raju, K.G. Ranga. 1986. Aliran

Melalui Saluran Terbuka.

Jakarta: Erlangga.

Sudjarwadi. 1987. Dasar-Dasar

Teknik Irigasi. Jogyakarta: Biro KMTS FT UGM.

Tachyan, Endang Pipin. 1992.

Dasar-dasar dan Praktek

Irigasi. Terjemahan. Jakarta: Erlangga. Edisi keempat.

y = -721.0x2_{+ 15.99x - 0.001} R² = 0.998 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 K EH IL A N G A N E N ER G I ( M ) DEBIT ( M3_/DET)

GRAFIK HUBUNGAN KEHILANGAN ENERGI DENGAN DEBIT PELIMPAH AMBANG LEBAR